سیگنال ماهواره‌های جی پی اس (GPS)

انتقال داده از ماهواره‌های تعیین موقعیت GNSS به گیرنده جی پی اس، از طریق ارسال سیگنال انجام می‌شود. نسل‌های متفاوت ماهواره‌های GNSS، دارای تکنولوژی‌های متفاوتی هستند، به طوری که ماهواره‌های نسل جدید تعداد سیگنال‌های بیشتری را نسبت به ماهواره‌های نسل قدیم ارسال می‌کنند.
بر این اساس، ماهواره‌های جی ان اس اس به طور مداوم در حال ارسال سیگنال در یک، دو و یا سه باند فرکانسی، از طول موج L هستند. این سیگنال‌ها حامل اطلاعاتی از قبیل کدهای فاصله‌یابی و اطلاعات ناوبری‌اند که به دستگاه اجازه‌ی محاسبه‌ی زمان سیر موج، از ماهواره تا گیرنده GNSS و محاسبه‌ی موقعیت در تمام طول روز را می‌دهند.
از آنجایی که تمام ماهواره‌های این سیستم تعیین موقعیت ماهواره‌ای، در ارسال سیگنال‌های خود، مشابه با GPS عمل می‌کنند، در ادامه‌ی بحث تنها به توضیح سیگنال‌های GPS می‌پردازیم.
مولفه‌های اصلی هر سیگنال شامل فاز موج حامل، کد فاصله‌یابی و داده‌های ناوبری است.

کلید واژه: تعیین موقعیت ماهواره ای، GNSS، اطلاعات ناوبری‌، گیرنده GPS/GNSS،  سیگنال C/A، سیگنال‌های مایکروویو

 فاز موج حامل:

فاز موج حامل ارسالی از سمت ماهواره‌های تعیین موقعیت سیستم GNSS، یک سیگنال فرکانسی رادیویی سینوسی است که در فرکانس مشخص، از سمت ماهواره به سمت گیرنده GPS/GNSS ارسال می‌شود. فاز موج حامل در سیستم‌های جی ان اس اس بصورت تعداد سیکل‌های کامل فاز ارسالی از ماهواره GNSS، شمارش می‌گردد.

 کد فاصله‌یابی:

یک مجموعه‌ای از 0 و 1 است که اجازه‌ی محاسبه‌ی زمان سیر موج سیگنال ماکروویو از ماهواره تا گیرنده را می‌دهد. به این مجموعه، دنباله‌ی نویز شبه تصادفی (PRN: Pseudo-Random Noise) یا کدهای PRN می‌گویند. این کدها برای هر ماهواره مقدار منحصر به فردی دارند.
ماهواره‌های GPS یک فرکانس پایه از باند L را با طول موج 10.23 مگاهرتز با استفاده از ساعت‌های با ثبات بالا تولید می‌کند و این فرکانس را در مقادیر 120 و 154 برای ایجاد باند‌های فرکانسی L1 و L2 ضرب می‌کند. بنابراین خواهیم داشت:
L1 = 1575.42 MHz
L2 = 1227.60 MHz
فرکانس L1 با دو سیگنال کد شبه فاصله به نام کد C/A و کد دقیق P مدولاسیون می‌شود.

داده‌های ناوبری:

یک پیام رمزنگاری شده باینری است که اطلاعاتی تحت عنوان پارامترهای کپلری، موقعیت ماهواره و سرعت آن‌ها بصورت افمریز‌های ماهواره، پارامترهای بایاس ساعت ماهواره، آلمانک (Almanac)، وضعیت سلامت ماهواره و سایر اطلاعات تکمیلی را تولید می‌کند.
این مقادیر، با استفاده از یک مدولاسیون خاص روی سیگنال‌های ارسال شده از سمت GPS، سوار می‌شوند.

مؤلفه‌های اصلی سیگنال L1 C/A در شکل 1 نمایش داده شده است.

شکل1: نمایش کدهای فاصله‌یابی مدوله شده روی سیگنال جی ان اس اس (GNSS)

از آنجا که محدوده‌های متفاوتی از سیگنال‌های مایکروویو در کاربرد‌ها و حتی در شرایط مکانی مختلف استفاده می‌شوند، محدوده‌ای از سیگنال‌ها که به مجموعه ماهواره‌های مختلف تخصیص داده شده‌اند، به صورت زیر دسته‌بندی می شوند:
قسمت بالایی باند L: شامل GPS L1, Galileo E1 وGLONASS G1
قسمت پایینی باند L: شامل GPS L5 and Galileo E5, with E5a and L5 و S هستند.
مابقی سیگنال‌ها در محدوده‌ی 1215.6 – 1350 مگاهرتز قرار می‌گیرند.

شکل2: نمایش طول موج فرکانس های ارسالی از سمت ماهواره های سیستم GNSS

فرکانس‌‎های ارسالی از سمت ماهواره‌های جی ان اس اس (GNSS) بر مبنای باند فرکانسی و اندازه‌شان تقسیم‌بندی می‌شوند و هر ماهواره برای جلوگیری از تداخل سیگنال‌ها در گیرنده جی ان اس اس (GNSS)، سیگنال‌های خود را در یک باند فرکانسی خاص با طول موج خاص تولید و ارسال می‌کند. برای آشنایی با طول موج (فرکانس) هر ماهواره، جدول زیر تهیه شده است:

گیرنده‌های GNSS شرکت مکان‌پرداز رایمند، قابلیت دریافت اکثر سیگنال‌های ارسالی از طرف ماهواره‌ها را دارند. در جدول زیر سیگنال‌های دریافتی گیرنده‌های 400 کاناله، 600 کاناله و 800 کاناله رایمند (به ترتیب iRoPro ،iRo و iRoProII) آورده شده است.

 منابع